【手続補正書】
【提出日】平成17年5月24日(2005.5.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書    【発明の名称】太陽光を集光して得られる太陽熱の温度制御システム    【発明の詳細な説明】    【０００１】    【技術分野】  この発明は、太陽熱を利用する装置の一つとしてのエンジンの受光部の温度を制御するための集光方法の中での、一連のシステムに関してのものである。    【０００２】    【背景技術】  太陽光をレンズ等で集光すれば、焦点付近でかなりの高温が得られ、紙等を発火させることは古くから知られている。この熱を動力源に変換して発電機等を駆動出来る程のエネルギーを得るためには、太陽光を受光する面積を広くとらなければならない、しかし、レンズではレンズを構成するガラスでは、発熱の源となる赤外線が吸収されるので効率が悪い。そこで、太陽光を受光する面積を広く取るためにレンズよりも広い口径のとれる放物面鏡が用いられているが、大口径の放物面鏡を一体構造として作成することは難しく実用的に用いられている放物面鏡では小さな鏡で形成されるセグメント鏡を多数、放物面上に配置して、各々のセグメントから反射する光が放物面鏡の光軸上の焦点に集まるように設計、構成されていていて、これはセグメント型放物面鏡と呼ばれている。これまでに、セグメント型放物面鏡によって太陽光をその光軸上の焦点に集めて、その焦点の近傍に置かれた物体を加熱し、物体の温度を６０００℃近くまで上げることが可能であり、既に、この熱を利用して、融点３４００℃のタングステンの金属片を熔解した実験の報告がなされており、又、実用化を目指して、野外用調理器等への応用実験が試みられている。    【０００３】    【発明が解決しようとする課題】  以上の件は、太陽熱エンジンを駆動するための太陽光を高圧熱球に導入する方法の中で、太陽光によっての高圧熱球を熱する温度をどの程度にすべきかということと、このことに対して、その第一に考えなければならないことは、放物面鏡をセグメント型放物面鏡とし、それにによって収斂する太陽光の温度をどの程度にするかを決定することが大切である。そのために、本来の放物面鏡によっての焦点における太陽像の大きさを、曇天の場合を考えた上での事として、その熱源を出来るだけ高温にしておくこととすれば、例えば、２倍位にするとかということもあり、更にセグメント型放物面鏡の前面にシャッターを設置して、上記の温度を制御するための対応も考えられることが必要であることが考えられる。    【０００４】    【課題を解決するための手段】  放物面鏡によって、太陽光をその光軸上の焦点に集める場合、焦点距離（ｆ）と口径（Ｄ）との比（以下、口径比と呼ぶ）が約０．３で、しかも収束された太陽像の直径が焦点距離の１／１００のときに、最高の温度が得られることが知られている（例えば、宍戸著［密閉式サイクル太陽熱エンジン］、太陽エネルギー、２９巻４号、２００３年、ｐ．６３参照）。実際に太陽光を放物面鏡の焦点に集めて得られる温度は、晴天であれば約３５００℃にも達するが、曇天となればこの温度はかなりの低温となり、得られる温度の変化が大きいという問題がある。例えば、この問題点を解決するために、曇天に近い場合には太陽光を放物面鏡の焦点か、その近くに集め、一方、晴天の場合には放物面鏡の光軸上で、焦点より離れた位置に集めれば良いが、具体的には、その方法の１つとして、例えば、曇天の場合を考えて、収斂する太陽光を光軸上で、本来の放物面鏡の焦点の近くに集めるために、例えば、焦点距離の２倍の位置に、焦点の位置の太陽像の大きさの２倍とかの大きさにするとか、２つ目としては、セグメント型放物面鏡の前面に、入射する太陽光を制限するシャッターを設置し、高圧熱球に入る太陽光による太陽熱の温度と組合わせて、シャッターの開閉を制御出来るようにすれば、この目的を達成出来ることが考えられる    【０００５】    【発明を実施するための最良の形態】  この発明の実施例として、太陽熱によってロータリーエンンジンを駆動する場合について説明する。図１は太陽熱とロータリーエンジンとの関係を示し、図２はセグメント型放物面鏡による太陽像を示したものである。図１の１はセグメント型放物面鏡であり、２はセグメント型放物面鏡に入射るする太陽光の量を加減するシャッターで、３はセグメント型放物面鏡によって結像する太陽像で、図２では分り易いように、４の石英ガラスの窓の前面に集まっているように書いてあるが、実際には４の石英ガラスの窓を通って受光部としての、５の高圧熱球の中に入る。７は高圧熱球のガスを８のロータリーエンジンに噴射させるためのパイプの途中の弁であり、９はクーラーであり、エンジンとしてのローターの回転に使用されたガスを冷却し、そのガスは１０のコンプレッサーを通って再び高圧熱球に入る。１１はセグメント型放物面鏡に太暘光を入射させるヘリオスタット鏡である。    【０００６】  本発明は、太陽熱エンジン等の発熱部の温度を制御する方法の１つとして、セグメント型放物面鏡の向きを北側に向けて固定し、その前面には平面のヘリオスタット鏡を配置したものとし、放物面鏡１を図２に示すような構造のセグメント型放物面鏡とし、その用途に応じてセグメント型放物面１の向きを調整して固定するものである。即ち、受光部としての高圧熱球５に集光される太陽光の強度を、その用途に応じてセグメント型放物面鏡の各々のセグメント鏡の向きを傾けて固定し、反射光の方向を、それぞれ本来の放物面鏡の焦点の近く位置に集めるようにしたり、離すようにしたりして固定し、高圧球に熱エネルギーを供給する。そして、２つ目として、高圧球の近傍には、温度センサー６を取り付け、セグメント型放物面鏡１の前面に装置したシャッター２の開閉を制御し、入射する太陽光によって得られる温度を制御するものである。    【０００７】  図２に示す本発明によるセグメント型放物面鏡の鏡面の向を一定の方向に傾けた状態で固定することで、太陽光を本来の放物面鏡の焦点の位置に近く集めて固定し、セグメント型放物面鏡の前面に装備したシャッターの開閉を、エンジンを駆動するための高圧熱球に入る太陽光による太陽熱の温度と組合わせて制御すれば良く、このためには大型天体望遠鏡の用いられている自動追尾システムと同様な機構が考えられる。    【０００８】    【発明の効果】  本発明が、太陽熱エンジンを駆動させるために、どのように役立つかについて述べれば、例えば、図３を例にとれば、図のａは放物面鏡の口径比を０．３とし、それによる太陽像の直径が焦点距離の１／１００であるとする条件においての太陽���であり、図のｂはセグメント鏡の鏡面を傾けることによっての、本来の放物面鏡の焦点距離の約倍の位置における太陽像であって、同じ輪帯（ゾーン）のセグメントによっては、点線によって示した円の中の太陽像となる。即ち、この場合、図４によれば、本来の放物面鏡の焦点の位置での太陽像の直径の約２倍になっていて、太陽熱の温度としては、約２４００℃になっている。このことは、太陽熱エンジンに対して何を意味するかを考えた時、その時点での天候が悪くとも、セグメント型放物面鏡によって十分にエンジンを駆動できることを示している。  次に、太陽熱エンジンによって、どれだけの出力が得られるかについて考えれば、晴天時におけるエネルギーとしては、地上に注ぐ太陽光では、１平方ｍについて約９００ｗであり、その７０％が有効であるとする考えがあり、このことから考えれば、例えば、直径１０ｍの放物面鏡によって得られる出力は５０ｋＷとなる。又、このようなエンジンによる発電の効果について考えれば、太陽光による効率が、一般には１０％から１３％と言われて来ていることに対して、太陽熱エンジンの効率としては、２５％を上回り、しかも製作時における産業廃棄物や、使用時に置ける公害も無く、極めて有効なシステムであると評価出来るものと言えよう。    【図面の簡単な説明】    【図１】  セグメント型放物面鏡を用いてロータリーエンジンを駆動するための太陽    熱エンジン    【図２】  セグメント型放物面鏡による太陽像（１）    【図３】  セグメント型放物面鏡による太陽像（２）    【図４】  ｆ／Ｄ＝０．３のときの到達温度    【符号の説明】図１    ａ  太陽熱エンジンとしてのロータリーエンジンの全体像    ｂ  ロータリーエンジン    １  セグメント型放物面鏡    ２  シャッター    ３  太陽像    ４  石英ガラス    ５  高圧熱球    ６  温度センサー    ７  弁    ８  ロータリーエンジン    ９  クーラー  １０  コンプレッサー  １１  ヘリオスタット鏡【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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